Вы, наверно, думаете, что лед это такое холодное прозрачное вещество, единственное в своем роде? Но ученые могут назвать не менее 18 различных видов льда, каждый из которых имеет специфическую структуру со своим расположением молекул воды. Например, лед, который мы используем для охлаждения напитков, обозначается как Ice Ih или Ice Ic.
Существуют известные структуры, пронумерованные от Ice II до Ice XVII, причем большинство из них созданы в лабораториях путем применения различного давления и температуры. И теперь ученые Ливерморской национальной лаборатории открыли еще одну.
«Мы хотели определить атомную структуру суперионной воды. Но учитывая экстремальные условия, при которых это неуловимое состояние вещества должно быть стабильным, сжатие воды до такого давления и температуры и одновременное получение снимков атомной структуры было чрезвычайно трудной задачей, которая требовала инновационного подхода», — рассказала соавтор работы Федерика Коппари.
В ходе своих экспериментов, проведенных в нью-йоркской лаборатории лазерной энергетики, ученые бомбардировали водяную каплю все более интенсивными лазерными лучами. Ударные волны сжимали воду до давления, превышающего земное атмосферное в 1-4 миллиона раз, и нагревали до температуры от 1650 до 2760 градусов по Цельсию, что примерно вдвое меньше, чем у поверхности Солнца. В результате таких экстремальных воздействий вода превратилась в необычный кристалл, который получил название Ice XVIII.
Суперионный лед — это не просто один атом кислорода в сочетании с двумя атомами водорода. Фактически, его молекулы воды разрушены, что позволяет ему существовать в полутвердом-полужидком состоянии. Этот лед очень черный и очень, очень горячий, и на молекулярном уровне он поразительно отличается от остального льда.
Суперионный лед может быть таким своеобразным, что ученые даже не уверены, что это вода. «Это действительно новое состояние материи, которое является довольно впечатляющим», — отмечает физик Ливия Бове.
Видео, также созданное учеными из LLNL, представляет собой компьютерное моделирование новой суперионной фазы водяного льда, иллюстрирует случайное жидкое движение ионов водорода (серое с красными выделениями) в кубической решетке ионов кислорода (синий). Модель показывает, что вода одновременно ведет себя как твердое тело и как жидкость.
Уран и Нептун — ледяные гиганты нашей Солнечной системы — не понаслышке знают об экстремальном давлении и температуре. Вода, которую они содержат, может подвергнуться подобному процессу разрушения молекул, а их глубины могут быть заполнены суперионным льдом.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Фото: © Marius Millot, Federica Coppari, Sebastien Hamel, Liam Krauss
